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《安徽大学》 2014年
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非挥发性阻变存储器阻变机理及性能研究

杨金  
【摘要】:随着半导体技术节点的不断向前推进,目前主流的基于电荷存储机制的浮栅Flash存储器正面临着严重的技术挑战,如浮栅耦合、电荷泄漏、相邻单元之间的串扰问题等,因此亟需寻找下一代非挥发性存储器。目前,国际上研究较多的新型非挥发性存储器主要有:相变存储器(PRAM),磁阻存储器(MRAM),铁电存储器(FRAM)和可逆的电致阻变随机存储器(RRAM),其中对RRAM的研究如火如荼,RRAM因其结构简单、功耗低、器件密度高、编程/擦写速度快、且与CMOS工艺兼容等一系列突出优点而成为替代多晶硅浮栅存储器的有力竞争者之一,其作为一种采用非电荷存储机制的存储器在32nm工艺节点以下将有很大的发展空间。 目前,制约RRAM技术发展和应用的主要瓶颈之一是发生电阻转变效应的物理机制、电荷存储机理尚不明确,同时,RRAM器件在稳定性、均匀性、可重复性、擦写速度以及数据保持性等方面都还存在问题,而目前对器件的研究主要是通过实验研制、显微表征及实时监测基础上进行观察和分析,存在实验平台要求高、表征和测试仪器高端、实验周期长等问题。针对上述问题,本论文结合并行计算与第一性原理开展多层次、多维度的模拟手段,从物理角度解释载流子的输运过程和存储机理,通过掺杂、制造缺陷和控制化合价等手段对阻变材料进行改性,给出材料的微观参数和存储器的宏观电学量的定量关系,为RRAM的优化设计及可靠集成提供理论指导和设计工具。 针对RRAM的研究现状进行统计,了解其阻变的宏观特性等方面的不足,研究了纳米尺度下RRAM二元金属氧化物阻变材料HfO2的氧空位(Vo)陷阱效应、掺杂效应(Ag)等对器件特性的影响以及阻变存储器的微观阻变机理。研究表明单独Vo缺陷和单独Ag杂质均可以在禁带中引入杂质能级,且都分别可以形成导电细丝;针对Vo和Ag都能形成导电细丝的情况,研究了Ag和Vo共掺杂的复合缺陷体系,结果表明共掺杂体系的导电性能增强、稳定性更好;而在相同浓度下,Ag杂质能级能够通过Ag离子的作用加以Hf离子的辅助下形成导电细丝,而Vo缺陷能级没有导电细丝的形成。且在Vo存在的前提下,Ag离子的迁移将变得更加容易,即Vo可以辅助Ag离子迁移,增强了体系电化学性能。 电极以及阻变材料的选择将直接影响着复合材料的性能,其界面结合的状态对整个阻变存储器的性能起着至关重要的作用,对比研究了Cu/HfO2不同切面组合的复合材料界面模型。结果表明,复合材料的界面不同,对RRAM器件的性能会产生很大影响。在研究的所有界面体系中,Cu(111)/HfO2(010)失配率最小,界面束缚能最大,界面体系相对最稳定;且只有Cu(111)/HfO2(010)复合材料体系出现了垂直Cu电极方向完整连通的电子通道,界面处有电子的相互转移、成键的存在,表明电子在此方向上具有局域性、连通性,与阻变存储器(RRAM)器件导通方向一致。针对Cu(111)/HfO2(010)复合材料界面体系,探讨了其整体性能,并研究了电极对界面处及阻变材料的影响。研究表明越靠近界面处,Cu和Vo缺陷越容易形成和存在,Cu原子越容易进入HfO2体内,也即Cu将呈阶梯状往HfO2内部扩散以形成缺陷体系,在外加电压下易发生电化学反应,从而导致Cu导电细丝的形成与断裂,更有利于RRAM器件电阻开关特性的产生。 对二元金属氧化物阻变材料进行掺杂可以改变其存储特性、电学特性,而对于掺杂元素进入材料体内后所具有的价电子数或化合价态的研究较少,鉴于此,研究了掺杂金属元素进入阻变材料后是否具有化合价态以及不同化合价态对阻变存储器材料性能的影响,首先通过电子亲和能以及缺陷形成能确定掺杂元素得失电子情况;其次通过差分电荷密度和修正的Bader分析确定了得失电子的具体位置;最后系统研究了掺杂元素具有不同化合价态对RRAM阻变材料及其性能的影响。 结果将为RRAM存储器的制备及性能提高提供理论指导和设计工具,必将在更深层次上理解和发展RRAM起到关键作用。
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TP333

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李颖弢;刘明;龙世兵;刘琦;张森;王艳;左青云;王琴;胡媛;刘肃;;基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究[J];微纳电子技术;2009年03期
2 潘勇;管伟明;陈松;张昆华;;Pt_(100)/ZrO_(2(100))界面性质的第一性原理[J];稀有金属材料与工程;2011年01期
3 吴晓薇;郭子政;;磁阻随机存取存储器(MRAM)的原理与研究进展[J];信息记录材料;2009年02期
4 马良;;铁电存储器工作原理和器件结构[J];电子与封装;2008年08期
5 卫会云;张笑妍;巩毛毛;邢杰;;磁控溅射技术制备TiO_2薄膜的研究进展[J];光谱实验室;2012年02期
6 李健;杨延清;罗贤;金娜;李茂华;黄斌;韩明;;分子动力学模拟在复合材料界面研究中的进展[J];稀有金属材料与工程;2013年03期
7 王建敏;周珏;刘继东;熊志华;;Cu(111)表面能及功函数的第一性原理计算[J];江西科学;2006年01期
8 左青云;刘明;龙世兵;王琴;胡媛;刘琦;张森;王艳;李颖弢;;阻变存储器及其集成技术研究进展[J];微电子学;2009年04期
9 王艳;刘琦;吕杭炳;龙世兵;王慰;李颖弢;张森;连文泰;杨建红;刘明;;掺杂技术对阻变存储器电学性能的改进[J];科学通报;2012年05期
10 王永;管伟华;龙世兵;刘明;谢常青;;阻变式存储器存储机理[J];物理;2008年12期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李颖弢;基于二元金属氧化物阻变存储器的研究[D];兰州大学;2011年
2 王艳;基于二元金属氧化物的阻变存储器研究[D];兰州大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴明在;孙兆奇;刘艳美;马永青;戴鹏;;简谐晶体高温比热的量子修正[J];合肥师范学院学报;2010年06期
2 孟影;张晓森;汪月琴;;用简并微扰法分析金属晶体中散射波较强情况[J];合肥师范学院学报;2011年06期
3 尹大鹏;朱协彬;汪海涛;;ATO粉体的制备工艺及其导电性能的研究[J];安徽工程大学学报;2011年02期
4 李嘉亮,陈益妹;热力学第三定律的一种新的论证方法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2005年01期
5 丁长庚;用近自由电子近似法计算硅的能带[J];安庆师范学院学报(自然科学版);1995年03期
6 卓敬清;李宏建;夏辉;崔昊杨;;金属/多孔硅/硅结构发光器件输运特性的研究[J];半导体光电;2008年04期
7 夏正浩;李炳乾;郑同场;王卫国;张运华;;金属支架0.5W红外发光二极管研究[J];半导体光电;2009年05期
8 李成;李好斯白音;李耀耀;王凯;顾溢;张永刚;;双异质结扩展波长InGaAs PIN光电探测器暗电流研究[J];半导体光电;2009年06期
9 岳兰;孟繁新;;沉积温度对纳米ZnO薄膜的结构和光电性能的影响[J];半导体光电;2010年05期
10 顾怀怀;程秀兰;施亮;林昆;;金属纳米晶存储器件数据保持能力建模与验证[J];半导体技术;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 齐领;恩云飞;章晓文;;MOSFET亚阈值斜率随温度变化关系研究[A];中国电子学会可靠性分会第十四届学术年会论文选[C];2008年
2 李相;陈胜平;司磊;;W型光子晶体光纤模型概述与滤波特性研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 钟万勰;姚征;张洪武;;界带分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
4 张磊;陆启生;李莉;;组合激光辐照CdS实验与耦合系数测量[A];第九届全国物理力学学术会议论文集[C];2009年
5 黄均平;;基于能量统一格式的多尺度有限元计算方法[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
6 封常青;刘树彬;王进红;安琪;;BESⅢ飞行时间电子学电荷测量电路的温度补偿[A];第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(上册)[C];2008年
7 张晨;曲远方;单丹;;CeO_2掺杂对BaTiO_3基陶瓷介电性能及微观形貌的影响[A];华北地区硅酸盐学会第八届学术技术交流会论文集[C];2005年
8 任菁;徐国跃;顾冰芳;程传伟;罗艳;;热处理温度对硫化物颜料红外发射率的影响[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
9 杨振忠;马忠良;;基于石墨导热介质的新型LED室内灯具散热系统[A];《室内照明节能与新技术研讨会》论文集[C];2009年
10 陈松;张晓萍;刘利军;;介孔材料合成过程中正丁醇的作用[A];分子筛催化与纳米技术——分子筛协作组2006年学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏洪源;原子分子在δ-Pu上的吸附、离解与扩散过程研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 姜恒;多尺度结构功能材料在水下声隐身中的应用基础研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 曲华;掺杂型ZnS纳米粒子的制备及表面修饰对其发光性质的影响[D];中国海洋大学;2010年
4 徐晓冰;光伏跟踪系统智能控制方法的研究[D];合肥工业大学;2010年
5 燕保荣;电磁波与低维固体表面等离体子相互作用的研究[D];华中科技大学;2010年
6 孙松;TiO_2基光催化剂的制备、结构及光催化降解VOCs性能与机理研究[D];中国科学技术大学;2010年
7 何丽娟;新型光激放电测量装置研制及典型聚合物PSD谱[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 郭文敏;聚乙烯/无机填料复合材料非线性电导特性及机理研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 王亚珍;基于热力耦合的界面摩擦机理的研究[D];华南理工大学;2010年
10 章闻奇;几种微电子材料的制备、表征与性能研究[D];南京大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李冲;超导材料性质和半导体表面重构及表面合金性质[D];郑州大学;2010年
2 智钢;Zn_xCd_(1-x)S纳米粉体及薄膜的制备和光致发光研究[D];郑州大学;2010年
3 李明亮;碳化硅基热电材料的制备及性能研究[D];郑州大学;2010年
4 王志鹏;基于拉曼光谱下的A_2(MoO_4)_3材料热膨胀性研究[D];郑州大学;2010年
5 王文杰;氧化钛基光电子器件[D];郑州大学;2010年
6 姜雅丽;La_2Mo_3O_(12)薄膜的制备和光学性能的研究[D];郑州大学;2010年
7 祝超;KrF激光微细加工Al_2O_3陶瓷机理及试验研究[D];大连理工大学;2010年
8 马明明;有限宽介观环中持续电流的量子尺寸与梯度无序效应[D];湘潭大学;2010年
9 刘心娟;纳米材料弹性及热稳定性的尺寸效应[D];湘潭大学;2010年
10 陈风;六角氮化硼纳米带的电子输运性质[D];湘潭大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 付承菊;郭冬云;;铁电存储器的研究进展[J];微纳电子技术;2006年09期
2 李颖弢;刘明;龙世兵;刘琦;张森;王艳;左青云;王琴;胡媛;刘肃;;基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究[J];微纳电子技术;2009年03期
3 刘琦;龙世兵;管伟华;张森;刘明;陈军宁;;Unipolar resistive switching of Au~+-implanted ZrO_2 films[J];半导体学报;2009年04期
4 周益春;唐明华;;铁电薄膜及铁电存储器的研究进展[J];材料导报;2009年09期
5 周晓龙;陈敬超;曹建春;孙加林;张昆华;杜焰;陈义武;;反应合成AgMeO复合材料大塑性变形加工与模拟[J];稀有金属材料与工程;2008年02期
6 国绍文;李丽波;张广玉;赵学增;;SiC_p/Al复合材料反射镜坯表面镀镍层的结合分析(英文)[J];稀有金属材料与工程;2008年06期
7 宋海洋;查新未;;碳纳米管/金复合材料拉伸力学性能的分子动力学模拟[J];稀有金属材料与工程;2008年07期
8 潘勇;管伟明;张昆华;陈敬超;陈松;;Pt-Zr合金在高氧氛围下氧化机制的第一性原理研究[J];稀有金属材料与工程;2009年02期
9 杜晔平;陈敬超;冯晶;周晓龙;于杰;;反应合成法制备Ag/SnO_2复合材料中Ag_6O_2/SnO_2低指数界面研究[J];稀有金属材料与工程;2010年06期
10 管伟明;潘勇;张昆华;郭俊梅;;Ag-Ni复合材料界面的第一性原理研究(英文)[J];稀有金属材料与工程;2010年08期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吕杭炳;电阻型存储器器件与工艺研究[D];复旦大学;2008年
2 刘琦;高速、高密度、低功耗的阻变非挥发性存储器研究[D];安徽大学;2010年
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1 党炜;COTS应用于空间辐射环境的可靠性研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2007年
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1 李珍;;嵌入式系统性能对比研究[J];沈阳工程学院学报(自然科学版);2009年02期
2 ;[J];;年期
3 ;[J];;年期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 彭林;张小强;刘德峰;谢伦国;田祖伟;;一种挖掘多核处理器存储级并行的算法[A];第15届全国信息存储技术学术会议论文集[C];2008年
2 潘治;彭龙根;;基于SimOS的完整机器模拟技术研究[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李颖弢;基于二元金属氧化物阻变存储器的研究[D];兰州大学;2011年
2 金林;电荷俘获型存储器阻挡层的研究[D];安徽大学;2012年
3 孙献文;SrTiO_3基阻变存储器的制备和性能研究[D];河南大学;2012年
4 杨金;非挥发性阻变存储器阻变机理及性能研究[D];安徽大学;2014年
5 张胤;用于相变存储器的Sb-Te基和Sb基相变材料研究[D];上海交通大学;2010年
6 赵建伟;ZnO基薄膜及其阻变式存储器的研制[D];北京交通大学;2012年
7 付永忠;基于AFM和硫系相变材料的超高密度数据存储机理研究[D];江苏大学;2010年
8 李静梅;多核处理器的设计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 刘璐;高k栅堆栈电荷陷阱型MONOS存储器的研究[D];华中科技大学;2013年
10 王中强;金属氧化物忆阻器件的制备及其阻变存储、神经突触仿生研究[D];东北师范大学;2013年
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1 曾叶娟;分立电荷俘获型存储器模拟研究[D];安徽大学;2012年
2 顾晶晶;金属氧化物阻变存储器性能提升的方法和机理研究[D];复旦大学;2011年
3 李鸿星;相变存储器三维电热模拟的有限元程序设计[D];华中科技大学;2011年
4 李德君;MAHOS结构电荷俘获型存储器研究[D];安徽大学;2010年
5 陈娴婧;BiFeO_3薄膜的电致阻变效应研究[D];南京大学;2013年
6 钟德懿;基于PCIE接口混合存储系统的设计与实现[D];华中科技大学;2011年
7 周丽萍;基于TiO_2薄膜的电阻开关特性研究[D];杭州电子科技大学;2011年
8 武长强;基于TiO_2柔性阻变存储器性能研究[D];天津理工大学;2013年
9 柯伟青;基于氧化锌薄膜的电阻开关特性研究[D];杭州电子科技大学;2010年
10 王子平;钛酸锶薄膜的阻变性能研究[D];湘潭大学;2011年
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